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日本RIKEN连发两篇Cell子刊,证实异体iPSC移植可避免免疫排斥!

2016/09/23 来源:生物探索
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导读
异体诱导性干细胞移植的优势在哪里?日本顶尖干细胞临床研究员Masayo Takahashi团队近期连发两篇文章证实,分化自异体诱导性多能干细胞的视网膜色素上皮细胞可以用于移植,且不会引发免疫排斥问题,而且,人类视网膜上皮细胞与淋巴细胞在抗原匹配的前提下,不会出现不相容现象。这无疑为他们即将开展的基于异体iPS细胞的视网膜再生临床试验再添胜算!


9月13日,日本理化学研究所(RIKEN)干细胞临床研究员Masayo Takahashi团队在Cell子刊《Stem Cell Reports》连发两篇文章,证实异体诱导性多能干细胞(iPSCs)可用于移植,且不会引发免疫排斥问题。

这意味着,如果捐赠细胞携带的人类白细胞抗原(HLA)与移植者相容,且是纯合子,那么这类细胞将有望实现异体移植,且患者将有望可以摆脱对免疫抑制药物的依赖。

基于iPSCs治疗黄斑变性的发展史

距离诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)登上历史舞台已经过去十年。因为iPSCs有着类似于胚胎干细胞的分化能力,科学家对其最初的设想是诱导其分化成多种细胞类型,用于组织修复、疾病治疗。

然而十年间,仅仅只有一位患者接受了iPS细胞治疗临床试验。毫无疑问,我们对于iPS细胞的临床应用还存在很多障碍和未知。

2013年,Masayo Takahashi团队成功将两名年龄相关性黄斑变性患者的皮肤细胞重编成iPS细胞,并应用该多能干细胞生成视网膜色素上皮(RPE)细胞,用于疾病治疗。

2014年,该团队完成首例诱导性多能干细胞临床试验。他们将RPE层植入70岁高龄女性患者右眼中。这一治疗终止了患者眼睛的黄斑变性,使其重获光明。

遗憾的是,在第二例临床试验开展之前,山中伸弥(Shinya Yamanaka)在患者iPS以及RPE细胞中发现了两个小的基因突变。虽然没有证据表明这两处突变会引发肿瘤,但是为了安全, Takahashi暂停了该临床试验。

除了基因突变,临床试验暂停的原因还包括:日本关于干细胞临床试验执行资质的规定推出了新要求;基于研究的深入,研究团队倾向于尝试异体iPS细胞移植试验,需要重新申请。

异体iPS细胞移植是否可行?

主要组织相容性复合体(MHC)是对所有生物相容复合体抗原的统称,不同哺乳动物的MHC基因编码的产物不同。人类的MHC通常被称为人类白细胞抗原系统(HLA),其表达抗原蛋白位于细胞表面,负责与病原体衍生的肽链结合,并在细胞表面显示出病原体,以便免疫系统识别“自我”和“非我”,从而执行一系列免疫功能。

事实上,如果捐赠者与移植者之间白细胞抗原相容度低,则易引发排斥反应(HVGR)和移植物抗宿主病(GVHD),这也是导致移植失败的主要原因。

所以很自然的,科学家将目光转向自体细胞移植。虽然这一策略绕开了免疫排斥问题,但是却面临着一个很现实的问题:为每一位患者构建诱导性多能干细胞,既费时又昂贵。

科学家们开始思考其他办法:创建“iPSCs库”,这些多能性干细胞来源于捐赠者,且HLA基因全部或者部分纯合(等位基因不同)。研究人员在库中筛选捐赠细胞,可以降低免疫排斥概率。

为了验证可行性,Masayo Takahashi团队进行了一下两项研究:

《Successful Transplantation of Retinal Pigment Epithelial Cells from MHC Homozygote iPSCs in MHC-Matched Models》


研究成果示意图(图片来源于期刊文章

为了检测这些携带纯合白细胞抗原的诱导性多能干细胞是否能够减少免疫排斥风险,Takahashi团队以猴子为模型,生成RPE细胞(其MHC位点近乎纯合),并将其移植至健康猴子的眼睛中,手术后猴子并不接受免疫抑制治疗。

结果显示:当两只猴子MHC不匹配时,移植的RPE细胞会导致严重的组织排斥反应,例如视网膜炎症;当捐赠者与移植者细胞MHC匹配时,免疫排斥现象则不会出现。

《Lack of T Cell Response to iPSC-Derived Retinal Pigment Epithelial Cells from HLA Homozygous Donors》


研究成果示意图(图片来源于RIKEN网站

除了动物,研究团队还以人的体细胞为模型进行了相关研究。人类白细胞抗原根据功能分成三类,在进行骨髓移植时,一般需要进行HLA-A、 HLA-B、HLA-DRB1三种抗原的匹配。

考虑到这一点,研究人员选取HLA-A、 HLA-B、HLA-DRB1抗原基因都纯合的体细胞使其重编程形成诱导性多能干细胞,随后将其诱导分化成RPE细胞,最后将RPE细胞与人类淋巴细胞置于同一环境下培养。

结果发现:当RPE细胞与人类淋巴细胞抗原不匹配时,淋巴细胞会扩增并产生炎症细胞因子;当两种细胞抗原匹配时,淋巴细胞不会引发免疫反应。

2016重新起航


临床试验主要参与人员(图片来源于RIKEN网站

这两篇文章共同佐证:来源于诱导性多能干细胞的异体RPE细胞用于移植可以避免免疫排斥反应。这意味着,基于诱导性多能干细胞治疗黄斑变性的治疗方案可以转向异体移植。

值得一提的是,今年6月,RIKEN研究所发布公告,RIKEN将联合神户市立中央市民医院、大阪大学大学院医学系研究科、京都大学iPS細胞研究所3大机构,启动基于异体iPS细胞治疗黄斑变性的临床试验。

参考资料:

Toward Preventing Transplant Rejection with Immunologically Matched Stem Cells

New organizational framework for iPSC clinical research

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